一种用于水下读出电子学系统的散热方法及装置制造方法及图纸

技术编号：40179896 阅读：9 留言：0更新日期：2024-01-26 23:46

本发明专利技术公开了一种用于水下读出电子学系统的散热方法及装置。本方法步骤包括：1)将水下读出电子学系统的电路板密封在一腔体内，腔体的密封盖上设有多个密封接插件；两高压电路板通过密封接插件与腔体外的光电倍增管互联；2)在腔体的底部设置一突起结构，突起结构穿过环形铜板中心，利用环形铜板支撑两传热铜板，两高压电路板设置于靠近腔体的中心，两低压电路板置于高压电路板的两侧，每一低压电路板的外侧设置一传热铜板；低压电路板的功耗芯片与传热铜板上的散热铜块贴合；3)功耗芯片通过传热铜板和环形铜板将部分热量传递到腔体外侧的环境中；部分热量通过自然对流的方式传递到腔体内的空气中，然后经侧壁传递到外界环境中。本发明专利技术散热效率高且可靠。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光电倍增管制造领域，涉及一种用于光电倍增管水下读出电子学系统的散热方法及装置。

技术介绍

1、光电倍增管(photomultiplier tube，pmt)是一种高灵敏度的光电转换器件，广泛应用于医学成像、天文学观测、粒子物理学实验等众多领域。该器件由光电阴极、一系列倍增极和收集极组成。当光子照射到光电阴极上时，会释放出电子，这些电子会被加速并进入第一个倍增极。由于倍增极上的高电压，这些电子会在倍增极上撞击产生更多的电子，这些电子又会被加速并进入下一个倍增极，最终产生大量的电子，并被收集极收集，形成一个电流信号输出，并被其配套的读出电子学系统获取、处理。光电倍增管及其读出电子学经常在各类水下探测器中使用(例如切伦科夫探测器)。这是因为水有很好的抗辐射性能，可以保护光电倍增管免受高能带电粒子的辐射损伤。此外，水还可以起到减弱背景辐射的作用，提高探测器的信噪比。

2、为了确保光电倍增管及其读出电子学可以在水下正常工作，通常会设计高可靠的防水结构，将读出电子学和水进行隔离。此外，还需要将读出电子学的热量高效、可靠地传递到防水结构外侧，以将读出电子学的温度控制在合理的范围内。然而，实现读出电子学的散热仍存在以下几个技术难题：

3、1.从物理的角度，所使用的材料必须避免铀、钍、钾等元素的掺杂，以确保放射性本底低于各探测器需要的水平。

4、2.从传热的角度，应具有稳定、可靠的传热性能。即便散热装置在长期使用时出现老化，也应有足够的设计冗余度，避免立刻失效，从而导致读出电子学快速温升并损坏。</p>

5、3.从电子学的角度，散热装置应远离读出电子学的高压器件，并实现电路板和散热片之间的地绝缘，以避免对前端电子学的高速读出信号造成影响。

6、4.从机械设计的角度，散热装置在密封腔体内须获得良好的固定，避免在成品运输过程中，由于振动导致读出电子学或散热装置损坏。

7、5.从制造工艺的角度，散热装置的各个零件制造工艺应适合批量制造，从而降低制造成本。

8、6.从组装的角度，散热装置的组装应便于人员操作，满足快速、低成本和批量化制造的需求。

技术实现思路

1、本专利技术提供了一种光电倍增管水下读出电子学系统的散热方法和装置，旨在解决光电倍增管的水下读出电子学的散热问题。

2、本专利技术的技术方案为：

3、一种用于水下读出电子学系统的散热方法，其步骤包括：

4、1)将水下读出电子学系统的电路板密封在一腔体2内，所述电路板包括两块高压电路板5和两块低压电路板6；所述腔体2的密封盖1上设有多个密封接插件3；两所述高压电路板5通过所述密封接插件3与所述腔体2外的光电倍增管互联；

5、2)在所述腔体2的底部设置一突起结构13，所述突起结构13穿过环形铜板12中心，利用所述环形铜板12支撑两传热铜板7，两块所述高压电路板5设置于靠近所述腔体2的中心，两所述低压电路板6置于两所述高压电路板5的两侧，每一所述低压电路板6的外侧设置一传热铜板7；所述低压电路板6的功耗芯片18设置在对应低压电路板6靠近传热铜板7的一侧且与对应传热铜板7上的散热铜块11贴合；

6、3)所述功耗芯片18通过散热铜块11、传热铜板7和环形铜板12将部分热量传递到所述腔体2外侧的环境中；所述功耗芯片18的部分热量通过自然对流的方式传递到所述腔体2内的空气中，然后经所述腔体2的侧壁传递到外界环境中；所述高压电路板5的芯片的热量通过自然对流方式传递到所述腔体2内的空气中，然后通过所述腔体2的壁面将热量传递到外界环境。

7、进一步的，所述传热铜板7一端与所述环形铜板12连接，另一端与所述密封盖1连接；所述传热铜板7与所述低压电路板6之间电绝缘连接；相邻电路板之间通过螺柱8固定并控制间距。

8、进一步的，两所述传热铜板7的边缘是高度一致的铆柱9，所述铆柱9与所述低压电路板6之间设有绝缘垫片20，通过放松螺钉15依次穿过所述低压电路板6、绝缘垫片20、铆柱9、绝缘平垫21与螺母16，实现所述传热铜板7与所述低压电路板6的电绝缘连接。

9、进一步的，在固体传热的缝隙填充导热硅胶垫14，所述导热硅胶垫14的压缩量控制在初始厚度的20％-30％。

10、进一步的，所述环形铜板12、传热铜板7、散热铜块11的表面均电镀一层无磁性镍，用于避免铜与所述导热硅胶垫14直接接触。

11、进一步的，当所述低压电路板6的第一区域内仅有一个功耗芯片18，且该功耗芯片18的高度小于设定值，则所述功耗芯片18对应的散热铜块11为一面平整、另外一面带有凹槽的第一散热铜块；该凹槽的深度为所述导热硅胶垫14初始厚度的70％-80％，通过沉头螺钉17将该第一散热铜块固定在所述传热铜板7上；当所述低压电路板6的第二区域内有多个相邻的功耗芯片18，且相邻各功耗芯片的高度不一致，则该第二区域内各功耗芯片18对应的散热铜块11为一面带有凹槽结构、另外一面是台阶结构的第二散热铜块，通过该第二散热铜块台阶结构控制该第二区域内各功耗芯片与该第二散热铜块之间的间距，从而控制该第二区域内各功耗芯片与对应散热铜块11间的硅胶垫压缩量一致；当所述低压电路板6的功耗芯片18高度大于所述低压电路板6与对应传热铜板7之间的间距时，在对应散热铜块11上加工凹槽并填充硅胶垫，用于通过控制硅胶垫的压缩量嵌入所述功耗芯片18。

12、一种用于水下读出电子学系统的散热装置，其特征在于，包括一腔体2；所述腔体2的密封盖1上设有多个密封接插件3；

13、所述腔体2，用于容纳并密封水下读出电子学系统的电路板，所述电路板包括两块高压电路板5和两块低压电路板6；两所述高压电路板5通过所述密封接插件3与所述腔体2外的光电倍增管互联；

14、所述腔体2的底部设置一突起结构13，所述突起结构13穿过环形铜板12中心，利用所述环形铜板12支撑两传热铜板7，两块所述高压电路板5设置于靠近所述腔体2的中心，两所述低压电路板6置于两所述高压电路板5的两侧，每一所述低压电路板6的外侧设置一传热铜板7；所述低压电路板6的功耗芯片18设置在对应低压电路板6靠近传热铜板7的一侧且与对应传热铜板7上的散热铜块11贴合。

15、本专利技术的水下电子学系统主要由4块电路板构成，其中包括功率较小的两块高压电路板和功率较大的两块低压读出电路板。所有电路板都被密封在一个圆柱形的腔体内，腔体的一端是用于密封的盖子，盖子上有多个密封接插件，通过连接在高压电路板上，用于腔内读出电子学和腔外光电倍增管的信号互联。低压电路板从高压电路板获取信号。

16、其中，两块高压电路板靠近腔体中心，低压电路板置于高压电路板两侧，两块巨大的散热铜板位于低压电路板两侧。功耗芯片布局在每块低压电路板靠近传热铜板一侧，并与传热铜板贴合。每块电路板的之间是不锈钢材质的螺柱，用于电路板之间的机械固定和间距控制。两块传热铜板边缘是高度一致的铆柱，利用铆柱和一种绝缘垫片结构实现低压电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于水下读出电子学系统的散热方法，其步骤包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传热铜板(7)一端与所述环形铜板(12)连接，另一端与所述密封盖(1)连接；所述传热铜板(7)与所述低压电路板(6)之间电绝缘连接；相邻电路板之间通过螺柱(8)固定并控制间距。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，两所述传热铜板(7)的边缘是高度一致的铆柱(9)，所述铆柱(9)与所述低压电路板(6)之间设有绝缘垫片(20)，通过放松螺钉(15)依次穿过所述低压电路板(6)、绝缘垫片(20)、铆柱(9)、绝缘平垫(21)与螺母(16)，实现所述传热铜板(7)与所述低压电路板(6)的电绝缘连接。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在固体传热的缝隙填充导热硅胶垫(14)，所述导热硅胶垫(14)的压缩量控制在初始厚度的20％-30％。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述环形铜板(12)、传热铜板(7)、散热铜块(11)的表面均电镀一层无磁性镍，用于避免铜与所述导热硅胶垫(14)直接接触。

6.根

7.一种用于水下读出电子学系统的散热装置，其特征在于，包括一腔体(2)；所述腔体(2)的密封盖(1)上设有多个密封接插件(3)；

8.根据权利要求7所述的散热装置，其特征在于，所述传热铜板(7)一端与所述环形铜板(12)连接，另一端与所述密封盖(1)连接；所述传热铜板(7)与所述低压电路板(6)之间电绝缘连接；相邻电路板之间通过螺柱(8)固定并控制间距。

9.根据权利要求7或8所述的散热装置，其特征在于，在固体传热的缝隙填充导热硅胶垫(14)，所述导热硅胶垫(14)的压缩量控制在初始厚度的20％-30％；所述环形铜板(12)、传热铜板(7)、散热铜块(11)的表面均电镀一层无磁性镍，用于避免铜与所述导热硅胶垫(14)直接接触。

10.根据权利要求7或8所述的散热装置，其特征在于，当所述低压电路板(6)的第一区域内仅有一个功耗芯片(18)，且该功耗芯片(18)的高度小于设定值，则所述功耗芯片(18)对应的散热铜块(11)为一面平整、另外一面带有凹槽的第一散热铜块；该凹槽的深度为所述导热硅胶垫(14)初始厚度的70％-80％，通过沉头螺钉(17)将该第一散热铜块固定在所述传热铜板(7)上；当所述低压电路板(6)的第二区域内有多个相邻的功耗芯片(18)，且相邻各功耗芯片的高度不一致，则该第二区域内各功耗芯片(18)对应的散热铜块(11)为一面带有凹槽结构、另外一面是台阶结构的第二散热铜块，通过该第二散热铜块台阶结构控制该第二区域内各功耗芯片与该第二散热铜块之间的间距，从而控制该第二区域内各功耗芯片与对应散热铜块(11)间的硅胶垫压缩量一致；当所述低压电路板(6)的功耗芯片(18)高度大于所述低压电路板(6)与对应传热铜板(7)之间的间距时，在对应散热铜块(11)上加工凹槽并填充硅胶垫，用于通过控制硅胶垫的压缩量嵌入所述功耗芯片(18)。

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【技术特征摘要】

1.一种用于水下读出电子学系统的散热方法，其步骤包括：

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在固体传热的缝隙填充导热硅胶垫(14)，所述导热硅胶垫(14)的压缩量控制在初始厚度的20％-30％。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述低压电路板(6)的第一区域内仅有一个功耗芯片(18)，且该功耗芯片(18)的高度小于设定值，则所述功耗芯片(18)对应的散热铜块(11)为一面平整、另外一面带有凹槽的第一散热铜块；该凹槽的深度为所述导热硅胶垫(14)初始厚度的70％-80％，通过沉头螺钉(17)将该第一散热铜块固定在所述传热铜板(7)上；当所述低压电路板(6)的第二区域内有多个相邻的功耗芯片(18)，且相邻各功耗芯片的高度不一致，则该第二区域内各功耗芯片(18)对应的散热铜块(11)为一面带有凹槽结构、另外一面是台阶结构的第二散热铜块，通过该第二散热铜块台阶结构控制该第二区域内各功耗芯片与该第二散热铜块之间的间距，从而控制该第二区域内各功耗芯片与对应散热铜块(11)间的硅胶垫压缩量一致；当所述低压电路板(6)的功耗芯片(18)高度大于所述低...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仰夫，江晓山，何苗，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：

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